細長(cháng)軸類(lèi)件加工變形的原因

細長(cháng)軸類(lèi)鍛件精車(chē)切槽后彎曲變形，分析各個(gè)相關(guān)工序對彎曲變形的影響.結果表明：校直后的殘余應力是導致細長(cháng)軸穹曲變形的主要原因。通過(guò)去應力退火試驗和調整生產(chǎn)工序的方式，消除了殘余應力，結合生產(chǎn)實(shí)際.確定調整后生產(chǎn)工序為最終解決方案。

近年來(lái)，我公司在加工細長(cháng)軸鍛件中發(fā)現，鍛件毛坯粗車(chē)時(shí)外圓徑向圓跳動(dòng)正常，而在隨后精車(chē)、切槽后檢測徑向圓跳動(dòng)，軸類(lèi)件產(chǎn)生變形，徑向圓跳動(dòng)量嚴重超差。這種不合格現象出現頻次不多，但每次一旦出現都會(huì )有大約1/3的軸類(lèi)件因精加工不合格而成為廢品，嚴重影響了車(chē)間生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文針對上述情況，從各個(gè)角度進(jìn)行分析，找出細長(cháng)軸類(lèi)件加工變形的原因，并提出切實(shí)可行的改善措施，從而保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

我公司車(chē)間負責對某類(lèi)型的二軸進(jìn)行精加工，，該軸總長(cháng)637mm,最大外圓直徑為75mm,長(cháng)徑比為8.5。操作人員在對某批次該二軸精車(chē)后切槽進(jìn)行外圓徑向圓跳動(dòng)進(jìn)行檢測時(shí)，發(fā)現異常情況。機加工工藝要求：精車(chē)切槽后各外圓徑向圓跳動(dòng)應小于0.04mm,然而該批次有1/3精車(chē)切槽后外圓徑向圓跳動(dòng)量超工藝要求（0.04mm),嚴重的甚至有0.20mm。由于檢測不合格率過(guò)高，已經(jīng)超過(guò)加工允許誤差的范圍，并且嚴重影響了后續加工。

通過(guò)現場(chǎng)初步分析，導致二軸加工不合格的直接原因是該軸長(cháng)徑比較大，加工時(shí)發(fā)生了彎曲變形，從而導致外圓的徑向圓跳動(dòng)檢測不合格。為此，我們針對導致軸類(lèi)件彎曲變形的工序逐步査找原因。

(1)機加工根據以往生產(chǎn)記錄，該二軸在我公司精車(chē)切槽后，從未出現大批零件外圓徑向圓跳動(dòng)量不合格現象，且此次設備精車(chē)切槽時(shí)的切削量與以往參數完全相同，因此分析可知精車(chē)工序不是導致該軸變形的主要原因。而在精車(chē)之前的加工為毛坯件粗車(chē)，粗車(chē)工序要求：各外圓及端面對軸兩端中心孔的跳動(dòng)不大于0.15mm,檢測粗車(chē)件，符合工藝要求。因此，雖然在機加工的粗車(chē)、精車(chē)工序，從理論上講可能會(huì )由于中心孔錯位、進(jìn)給量過(guò)大或是頂緊力過(guò)大導致軸加工彎曲變形，但綜合對比該軸的歷史生產(chǎn)參數，可以排除機加工工序引發(fā)變形的可能。

(2)原材料、正火及校直工序分析該二軸生產(chǎn)工序是：原材料下料一軋制一等溫正火—校直一拋丸一粗車(chē)一精車(chē)一最終熱處理。首先，原材料化學(xué)成分檢測。該二軸的生產(chǎn)材料為8620H，其標準化學(xué)成分和該批參數完全相同，因此分析可知精車(chē)工序不是導致該軸變形的主要原因。而在精車(chē)之前的加工為毛坯件粗車(chē)，粗車(chē)工序要求：各外圓及端面對軸兩端中心孔的跳動(dòng)不大于0.15mm,檢測粗車(chē)件，符合工藝要求。因此，雖然在機加工的粗車(chē)、精車(chē)工序，從理論上講可能會(huì )由于中心孔錯位、進(jìn)給量過(guò)大或是頂緊力過(guò)大導致軸加工彎曲變形，但綜合對比該軸的歷史生產(chǎn)參數，可以排除機加工工序引發(fā)變形的可能。綜上分析可知：校直工序引發(fā)的殘余應力可能是導致后續機加工變形的主要原因，為了進(jìn)一步驗證該推論，對該二軸粗車(chē)件進(jìn)行去應力退火試驗。

生產(chǎn)中對軸類(lèi)件經(jīng)常采用使鍛件產(chǎn)生反向彎曲的塑性變形的冷校直方法。由校直引起的相鄰晶粒位向的不均勻變形，使在鍛件內部出現了相互平衡的內力，這些內力在變形終止后，仍繼續保留在鍛件內部，即成為殘余應力。校直時(shí)，通過(guò)校直機向彎曲方向施加向下壓力，這時(shí)，軸的上層受到壓應力，下層受到拉應力，整體上保持力的平衡。軸的受壓部位外表層為塑形變形區，里層為彈性變形區。當軸類(lèi)件校直后進(jìn)行粗車(chē)、精車(chē)和切槽后，表面塑形變形區被去掉，殘余應力的平衡遭到破壞，里層的彈性區開(kāi)始恢復，殘余應力重新分布，軸發(fā)生彎曲變形，導致尺寸超差。因此，冷校直后雖然減少了零件彎曲，但也在零件內部保留了殘余應力，如果不消除，會(huì )在后續的加工中引發(fā)新的變形。而該二軸的以往生產(chǎn)并沒(méi)有出現大批次不合格產(chǎn)品，可能是因為不同批次的校直量大小不同所致，毛坯彎曲變形小，校直壓下；相應較少，校直引發(fā)的殘余應力較小，同時(shí)由于生產(chǎn)安排，毛坯校直后可能在庫房中放置一段時(shí)間。通過(guò)在室溫下較長(cháng)時(shí)間的停放，零件內部的殘余應力也可以得到釋放，因而以往該軸類(lèi)件的生產(chǎn)未遇到大批鼉不合格現象。去應力退火是將工件加熱至Ac,以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻，使工件發(fā)生回復，從而消除殘余內應力。此次利用該軸類(lèi)件進(jìn)行去應力退火試驗消除了校直引發(fā)的殘余應力，減小了彎曲變形。但去應力退火時(shí)間長(cháng)，我公司模具車(chē)間退火爐裝爐量較小，無(wú)法滿(mǎn)足正常的生產(chǎn)需要，因此需要尋找其他便捷的解決辦法。我公司采用等溫正火，其原理是將鍛件毛坯加熱到奧氏體化后，采用強制吹風(fēng)冷卻快冷到珠光體轉變的某一溫度，并保溫以獲得珠光體型組織。工件等溫正火時(shí)重新奧氏體化再結晶，相鄰晶粒由于位向不同引起變形大小的不同而形成的殘余應力，通過(guò)奧氏體化再結晶，大大得到消除。等溫正火一方面改善了鍛件組織，促使晶粒均勻一致，另一方面也有效地消除了鍛件內部的殘余應力，為減小最終熱處理變形做準備。同時(shí)，我公司擁有5條等溫正火線(xiàn)能夠滿(mǎn)足正常的生產(chǎn)需要。將二軸校直后等溫正火，一方面保證了后續加工的正常進(jìn)行，提升了產(chǎn)品加工合格率，另一方面節省了去應力退火的費用，提高了生產(chǎn)效率。

該二軸的徑向圓跳動(dòng)超差問(wèn)題的解決，也為我公司其他類(lèi)似細長(cháng)軸類(lèi)鍛件機加工彎曲變形的解決提供了一種新的思路。在隨后的生產(chǎn)中，對以往出現彎曲變形而導致外圓徑向跳動(dòng)超差的細長(cháng)軸類(lèi)件也采用了在校直后再等溫正火的生產(chǎn)工藝，跟蹤發(fā)現后續機加工時(shí)再沒(méi)有出現徑向圓跳動(dòng)超差的現象。

通過(guò)對二軸機加工生產(chǎn)中外圓徑向圓跳動(dòng)超差現象的分析和討論，可以得知：

(1)校直后產(chǎn)生的殘余應力是導致彎曲變形的原因。(2)去應力退火和等溫正火都能消除工件內部的殘余應力，但去應力退火時(shí)間較長(cháng)。結合我公司的實(shí)際狀況，通過(guò)調整等溫正火和校直工序的順序，將校直工序放在等溫正火工序之前，有效地消除了工件內部的殘余應力，提高了工件機加工的合格率。